Вулкан – Планета Призрак
Много еще неразгаданных тайн хранит в себе наша Солнечная система. Одна из них уже полтора столетия волнует умы астрономов и исследователей Космоса. Существуют ли малые планеты внутри орбиты Меркурия, скрытые от глаза человека лучезарной короной Солнца? Ведь законы небесной механики допускают нахождение таких близких к Солнцу планет.
В последние годы астрономы смогли обнаружить в других звездных системах сотни планет-гигантов, по своим характеристикам похожих на наш Юпитер, Сатурн или Нептун. Но отличительной особенностью таких гигантов было то, что эти небесные тела очень близко располагались к своим центральным звездам. Орбиты большинства из них могли бы свободно поместиться внутри орбиты Меркурия. Естественно, что температура таких планет намного превышает температуру планет нашей Солнечной системы, в которой ничего подобного не наблюдается. Поэтому эти классы газовых гигантов получили названия горячих Юпитеров, Сатурнов или Нептунов в зависимости от их подобия планетам нашей Солнечной системы. Таким образом, факт существования горячих гигантов наглядно подтверждает принципиальную возможность наличия планет на очень близких расстояниях к своим центральным звездам.
***
История поисков планеты Вулкан
История поиска малых интрамеркуриальных планет берет свое начало еще с середины XIX века. Это было время торжества натурфилософии, родившейся двумя веками ранее. Ученым тогда казалось, что многие небесные явления можно с успехом объяснить, если представить мир, в котором мы живем, в виде огромной машины, работа которой подчиняется законам Ньютона.
В 1840 году Франсуа Араго, директор Парижской обсерватории, предложил французскому математику Урбену Жан Жозеф Леверье разработать теорию орбитального движения Меркурия вокруг Солнца. Леверье успешно справился с этой задачей, однако впоследствии оказалось, что результаты наблюдений существенно отличаются от теоретических расчетов. В 1846 году Леверье снискал славу и уважение научного сообщества, вычислив точное местоположение планеты Нептун. Как принято сейчас говорить – Леверье открыл Нептун «на кончике пера».
После этого триумфа Леверье вернулся к решению проблемы орбитального движения Меркурия. Суть проблемы состояла в том, что разработанная им ранее теория движения Меркурия, основанная на ньютоновской небесной механике, плохо согласовывалась с многолетними результатами наблюдений. Расчеты Леверье не могли объяснить движения перигелия (ближайшей к Солнцу точки орбиты) Меркурия. Смещение перигелия составляло 43 угловых секунды за столетие. Логично было предположить, что, как и в случае с Ураном и Нептуном, несоответствие наблюдений с теорией было вызвано существованием еще неизвестной планеты, находившейся внутри орбиты Меркурия. Своим гравитационным полем, эта неизвестная планета могла бы вызывать возмущения в движении Меркурия по своей орбите. По идее, эта гипотетическая планета должна была находиться так близко к Солнцу, что заметить ее можно было лишь в момент, когда она будет проходить по диску Солнца или на очень малом удалении от нашего светила в моменты солнечных затмений на Земле.
Сначала Леверье постарался выяснить, не является ли причиной, имеющихся возмущений в движении Меркурия, наличие астероидов, комет и космической пыли в этой области пространства. Он полагал, что если бы таких объектов было бы достаточно много, то они образовали бы вокруг Солнца видимое кольцо, подобное кольцам Сатурна. Однако в то время никаких плотных колец вокруг Солнца не было обнаружено (пылевое кольцо было открыто лишь в 1983 году). Оставалось искать планету-невидимку, влияющую на движение Меркурия.
В 1859 году Леверье получил письмо от астронома-любителя Лескарбо, который сообщал, что 25 марта наблюдал круглое темное пятно похожее на планету, движущееся по диску Солнца. Леверье сразу же поехал к Лескарбо, чтобы лично расспросить его об обнаруженном небесном теле. В дополнение к данным Лескарбо, Леверье отобрал результаты еще пяти других наблюдений, которые, по его мнению, не могли быть причислены к случаям прохождения Меркурия или Венеры по диску Солнца. На основании этих шести случаев наблюдений он рассчитал в 1859 году орбиту планеты-невидимки, которую и назвал Вулканом .
Согласно его расчетам период обращения Вулкана вокруг Солнца составлял 19 суток и 7 часов, среднее расстояние от Солнца примерно равно 0,143 астрономические единицы (а.е.), а масса – 1/12 от массы Меркурия. Напомним нашим читателям, что среднее удаление Меркурия от Солнца составляет 0,387 а.е. Конечно, Леверье понимал, что такой малой массы не достаточно, чтобы вызвать наблюдаемые возмущения орбиты Меркурия. Однако, не смотря на это, надо было приступать к поискам планеты-невидимки. В 1860 году должно было произойти полное солнечное затмение, и Леверье мобилизовал практически всех астрономов Франции на поиски Вулкана. Однако никто из них не смог обнаружить эту гипотетическую планету.
В 1877 году Леверье умирает, так и не дождавшись открытия огненного Вулкана. Зато во время затмения 29 июля 1878 года планету-призрак наблюдало сразу несколько астрономов. Профессор астрономии Мичиганского университета Джеймс Уотсон заявил, что наблюдал целых две планеты внутри орбиты Меркурия. Другой астроном Льюис Свифт, открывший комету, названную его именем, тоже заявил, что видел светящийся объект похожий на планету. Однако оказалось, что вычисленные по этим наблюдениям орбиты не совпадали ни друг с другом, ни с орбитой, вычисленной некогда Леверье. Естественно, что такие результаты наблюдений не могли быть серьезно восприняты в научном сообществе.
Шли годы, а наблюдения так и не приносили успеха. Постепенно вера астрономов в существование гипотетического Вулкана стала угасать. После опубликования в 1916 году Специальной теории относительности Альберта Эйнштейна потребность в существовании Вулкана для современной астрономии и вовсе отпала, ибо возмущения в движении Меркурия могли быть изящно объяснены с помощью этой теории. Иными словами, новая теория решала старую загадку без всякой необходимости в Вулкане. Планомерные поиски планеты-призрака были прекращены, и официальная астрономия поставила точку в этом деле.
Вулканоиды
Что же все ж таки наблюдали Лескарбо, Уотсон, Свифт и другие астрономы? В настоящее время астрономическая наука допускает существование астероидов внутри орбиты Меркурия. Такие гипотетические небесные тела даже окрестили вулканоидами в честь так и не обнаруженной планеты Вулкан. Согласно теоретическим расчетам такие астероиды могут иметь свои орбиты в динамически стабильной зоне между 0,08 и 0,21 а.е. от Солнца. Считается, что если вулканоиды и существуют, то их диаметр не должен превышать 60 км., поскольку более крупные объекты были бы обнаружены ранее. Несмотря на то, что сейчас космические телескопы производят постоянный мониторинг Солнца в различных диапазонах длин волн, вулканоиды пока так и не обнаружены. Яркая фотосфера Солнца вносит огромные трудности в процесс поиска астероидов. Тем не менее, некоторые астрономы с оптимизмом смотрят в будущее, поскольку поисковый район гравитационно стабилен. Для дальнейших поисков, скорее всего, будут использованы небольшие телескопы космического базирования, способные вести наблюдения за околосолнечным пространством.
Конечно, не исключено, что астрономы XIX века могли наблюдать прохождение комет в непосредственной близости от Солнца в моменты солнечных затмений. В настоящее время известен целый класс таких солнечных комет. Например, солнечный космический телескоп SOHO уже открыл более 2000 таких комет. Однако ядра таких комет невелики, и обнаружить их с помощью относительно несовершенных телескопов тех времен было весьма проблематично.
Несмотря на то, что поиски Вулкана пока не принесли каких-либо результатов, все же некоторые ученые серьезно подходят к решению этой проблемы. Например, профессор астрономии из Лонг-Айленда, Г. Кортен в свое время сообщал об открытии им нового небесного тела или группы тел внутри орбиты Меркурия. По его словам, на снимках, которые он сделал во время солнечных затмений 1966 и 1970 годов, отчетливо видны некие загадочные следы какого-то небесного тела. Профессор полагал, что эти следы не могут быть связаны с прохождением комет около Солнца. В качестве основной причины наблюдаемых возмущений в движении Меркурия Кортен считал гравитационное влияние малой планеты или астероида диаметром около 300 км.
В ноябре 1971 года в газете «Дейли телеграф» было опубликовано сенсационное сообщение о том, что астрономам Кембриджского университета, а также военно-морской обсерватории в Вашингтоне якобы удалось обнаружить новую планету, расположенную между Меркурием и Солнцем. Однако объяснение этого факта было весьма туманным и расплывчатым. Согласно материалам газеты это предположение сделано на основе анализа изменений орбит других планет Солнечной системы. Понятно, что научное сообщество отнеслось весьма скептически к таким публикациям.
Как уже упоминалось выше, в 1983 году японским астрономам удалось обнаружить сравнительно плотное пылевое кольцо вокруг Солнца. Радиус кольца был равен примерно 4-м радиусам Солнца. Согласно расчетам масса кольца составляла несколько миллионов тонн, а температура частиц достигала 1000 градусов.
Споры по поводу существования гипотетических интрамеркуриальных планет не утихают и ныне. Некоторые исследователи приводят собственные данные расчетов, основанные на соотношении Тициуса-Боде и 3-м законе Кеплера. Например, Громов Р.Г. в своей работе «Гармония в Солнечной системе» показал теоретическую возможность существования двух малых интрамеркуриальных планет. Одна из них должна быть удалена от Солнца на 0,22 а.е. и иметь период обращения 35,2 суток, для второй удаление составляет 0,11 а.е. и период 14,1 суток. Другие исследователи полагают, что удаление гипотетического Вулкана от Солнца должно составлять 0,25-0,26 а.е., а период обращения 19 – 50 суток. Напомним нашим читателям, что согласно расчетам Леверье, среднее удаление Вулкана от Солнца должно быть равно 0,143 а.е., а период обращения 19,29 суток.
***
В самом начале нашего очерка мы уже говорили об открытии в последние годы целого класса экзопланет – горячие гиганты. Типичный горячий юпитер обычно удален от своей центральной звезды на расстояние порядка 0,04 — 0,05 а.е., а период обращения составляет всего несколько суток. Столь огромные планеты могли бы свободно уместиться внутри орбиты Меркурия. Понятно, что конфигурация планетарных систем в Космосе может быть весьма разнообразной, да и сама проблема горячих юпитеров пока еще является загадкой для астрономии. Однако сам по себе факт существования таких планет на столь малых расстояниях от своих светил укрепляет уверенность ряда астрономов и исследователей, что и в нашей Солнечной системе гипотетические интрамеркуриальные планеты в скором будущем все же могут быть обнаружены. Ставить точку в этом деле пока еще рано.
Продолжение темы следует
Источник
Космический призрак — планета Вулкан
«Они также открыли две меньшие планеты, или спутника, которые обращаются вокруг Марса, из которых внутренняя отстоит от центра основной планеты точно на три её диаметра, а внешняя — на пять; первая совершает оборот за 10 часов, а вторая за 21,5 часа, так что квадраты их периодов обращения очень близки в пропорции к кубам их расстояния от центра Марса; что очевидно показывает, что они управляются тем же законом тяготения, что влияет и на другие небесные тела»
Лемюэль Гулливер об астрономах Лапуты из «Путешествий Гулливера» Джонатана Свифта, 1726.
Планета Вулкан в наше время известна как планета, с которой происходит мистер Спок, персонаж приключенческого телесериала «Star Trek». Он показан там как очень горячая планета, населённая расой, которая подавляет эмоции и живёт логикой. Создатели этой телепрограммы, выдумавшие эту мифическую планету, несомненно очень посмеялись бы над учёными, чей поиск планеты между Меркурием и Солнцем окончился с революцией, проведённой Эйнштейном.
Пока космический корабль «Маринер-10» не пролетел мимо Меркурия в 1974 г., об этой самой внутренней планете Солнечной Системы было известно очень мало. Её орбита так близка к Солнцу, что её можно видеть только в рассветных или закатных сумерках, а также во время солнечных затмений. Даже с самыми мощными телескопами о её особенностях и природе остаётся только гадать.
В XIX веке астрономы ещё не были уверены — является ли закон тяготения всемирным, или же его действие ограничено только нашей Солнечной Системой. Французский математик Юрбэн Жан Жозеф Леверье заслужил уважение научного сообщества за своё предсказание открытия Нептуна в 1846 г. Согласно теории Ньютона, гравитация есть невидимая сила, которая действует исключительно путём притяжения разных масс друг к другу. Леверье по-видимому предсказал орбиту Нептуна на основании того, каким образом его масса искажала орбиту Урана, тем самым объяснив движение внешних планет законом всемирного тяготения. Затем он взялся за объяснение внутренних планет Солнечной Системы.
Камнем преткновения здесь был Меркурий. Несмотря на самые точные расчёты, его движение по орбите по-видимому опережало расчётное. Согласно теории Ньютона, его должны были увлекать вперёд по орбите какие-то другие планеты, а лучшие наблюдения показывали, что Ньютон прав. Однако Леверье не мог объяснить 43 секунды дуги, на которые продвигается перигелий Меркурия каждое столетие. Если тяготение везде одинаково, то какая невидимая сила тянет Меркурий?
Сначала Леверье постарался выяснить, не ответственен ли за это другой материал Солнечной Системы. Кометы, пыль, метеоры и зодиакальный свет не казались предоставляющими достаточно материала. Если бы метеоров и пыли было достаточно, они образовали бы вокруг Солнца видимое кольцо, подобное кольцу Сатурна.
Один сельский врач в Огрере, Франция, сообщил, что 25 марта 1859 г. наблюдал объект размером с планету, пересекавший диск Солнца. Леверье отправился туда и расспросил астронома-любителя Лескарбо о неопознанном планетном теле.
Движение Меркурия и Венеры через диск Солнца наблюдалось с 1631 и 1639 г. соответственно. Иногда астрономы забывали, когда это происходит. 5 ноября 1789 Ла Конча из Монтевидео сообщил о неизвестной планете, пересекшей солнечный диск. 5 мая 1832 г. Фишер из Лиссабона сообщил о другой. 8 мая 1845 г. Узо из Брюсселя сообщил ещё об одной. Я удостоверился, что согласно календарям от 1788, 1829 и 1841 г., с которыми должны были сверяться эти астрономы, на эти даты было предсказано прохождение через солнечный диск Меркурия. Однако существуют десятки других сообщений, которые не совпадают с прохождениями Меркурия и Венеры; из них Леверье отобрал пять наблюдений в дополнение к наблюдению Лескарбо, и на их основании в 1859 г. рассчитал орбиту планеты, которую назвал Вулканом.
Вулкан был странной планетой. Леверье определил подробности, касающиеся её размера и орбиты, исходя из этих шести наблюдений, а также 43 секунд дуги продвижения орбиты Меркурия. Леверье сделал и другое предсказание: Вулкан должен пересечь солнечный диск 22 марта 1877 г.
В 1846 г. Леверье указал в сторону звёзд, предсказывая открытие новой планеты. Посмотрели только двое ассистентов в Берлинской Обсерватории. Был открыт Нептун. 22 марта 1877 года, похоже, все астрономы смотрели на Солнце в ожидании прохождения новой планеты. Но Вулкана никто не увидел.
Однако Вулкан не исчез совершенно. Подобно предполагаемому спутнику Венеры (о котором сообщали до 1791 г.) или планете Нэйт (удивительное открытие астронома Узо, который не смог опознать Меркурий), Вулкан продолжил существовать в научных журналах и учебниках, если не в небесах. 29 июля 1878 г. произошло полное солнечное затмение.
Обнаружением Вулкана во время этого затмения заинтересовался профессор Джеймс С. Уотсон. Если Вулкан не открывает себя проходом через солнечный диск, как предсказывал Леверье, его можно увидеть возле Солнца во время затмения. Уотсон запомнил позиции всех звёзд, которые во время этого затмения должны наблюдаться вокруг Солнца. Если бы там обнаружился ещё один яркий объект, его можно было бы идентифицировать как Вулкан. Уотсон сообщил профессору Эсафу Холлу из Военно-Морской Обсерватории США в Вашингтоне, что видел неизвестный объект, наблюдая затмение в Сепарэйшн, штат Вайоминг:
«Имею честь сообщить, что во время полной фазы затмения я наблюдал звезду 4-й — 4,5-й величины с координатами R.A. 8h. 26m. dec. 18 сев., которая, как я уверен, является планетой, находящейся внутри орбиты Меркурия. Известных звёзд на этой позиции нет. »
Профессор Льюис Свифт из Дирборнской Обсерватории наблюдал затмение возле Денвера и сказал, что видел два неизвестных объекта. Но поскольку никто больше не заметил никаких Вулканов, двойное наблюдение Свифта и наблюдение Уотсона были поставлены под вопрос и скоро дискредитированы. Согласно французскому астроному Фламмариону, эти неизвестные объекты были тетой и дзетой Рака, но это объяснение неполное. Позиции, указанные Уотсоном и Свифтом, не совпадают друг с другом, что означает, что этими профессорами было сообщено о по крайней мере трёх неизвестных объектах, по яркости соответствующих планетам.
Поскольку Вулкан не пересёк Солнце, когда ожидалось, и наблюдался во время солнечного затмения астрономами, чья репутация была поднята на смех, изменение орбиты Меркурия продолжало оставаться загадкой — до Эйнштейна.
Согласно Общей Теории Относительности Эйнштейна, как было объявлено в 1915 г., именно 43 секунды дуги продвижения перигелия Меркурия объяснялись разницей между эйнштейновской теорией гравитации, использующей римановскую геометрию искривлённого пространства, и ньютоновской теорией, использовавшей эвклидову геометрию. Даже малоизвестные продвижения перигелия орбиты Венеры (около 8 секунд дуги за столетие) и Земли (около 5 секунд) можно было объяснить Общей Теорией Относительности. Эйнштейн был быстро принят с распростёртыми объятиями астрономами и другими учёными, большинство из которых его общей теории не понимали.
До того, как предполагаемые доказательства теории Эйнштейна были предоставлены в форме фотографий затмения и спектрографий, показывающих сдвиг света гравитацией, единственным наблюдением, которое поддерживало Общую Теорию Относительности, была особенная орбита Меркурия, вычисленная Леверье более чем за 55 лет до того. Быстрое принятие теории Эйнштейна не основывалось на результатах каких-то экспериментов, а произошло благодаря её привлекательности для астрономов, математиков и физиков, поскольку она, как казалось, решала старую загадку без всякой необходимости в Вулкане.
В 1877 г. профессор Эсаф Холл открыл два маленьких спутника Марса, Фобос и Деймос. А поскольку до 1877 г. о спутниках Меркурия, Венеры или Марса ничего не было известно, их массы можно было определить только путём догадок и учитывая их предполагаемое гравитационное влияние на другие планеты и кометы. В 1877 г. массу Марса уже можно было более точно определить, наблюдая эти спутники — и она уменьшилась в сравнении со старыми оценками. С 1878 г. масса Меркурия варьировалась в астрономических учебниках более чем на 10 процентов относительно современной цифры, составляющей 5,5% массы Земли; но в 1844 г. его масса считалась более чем в 3 раза большей, чем составляет по сегодняшним оценкам.
Похоже, что массы этих планет могут меняться весьма значительно, не влияя на точные вычисления орбиты, сделанные Леверье более 130 лет назад. Астрономы и физики всё ещё продолжают утверждать, что теория Эйнштейна в совершенстве объясняет «43 секунды дуги», на которые продвигается перигелий Меркурия за столетие, и которые составляют менее 10% от продвижения, объясняемого ньютоновской физикой. Некоторые более точны и говорят: «43,03». Обитатель Вулкана мог бы сказать, что это нелогично.
Статья «Небесный призрак» («Heavenly ghost») была впервые опубликована в «The Whig-Standard Magazine» (Кингстон, Онтарио, Канада), за 30 марта 1991 г.
Источник